OPTIMALISASI SIFAT - SIFAT MEKANIK MATERIAL

OPTIMALISASI SIFAT - SIFAT MEKANIK MATERIAL S45C TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana Teknik Industri Era Satyarini 09 06 05987 PROGRAM STUDI TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS ATMA JAYA YOGYAKARTA 2013

ii

iii

iv

KATA PENGANTAR Tiada kata selain puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa yang telah memberikan berkat melimpah dalam menyelesaikan penelitian tugas akhir ini. Tugas akhir ini disusun guna melengkapi syarat untuk memperoleh gelar sarjana di Program Studi Teknik Industri, Universitas Atma Jaya Yogyakarta. Tugas akhir ini berjudul Optimalisasi Sifat-Sifat Mekanik Material S45C. Selama penyusunan skripsi ini penulis mendapatkan bantuan dari berbagai pihak baik moril maupun materiil, oleh karena itu tidak lupa penulis ucapkan terima kasih kepada : 1. Tuhan Yesus yang telah memberi jalan dan kelancaran di dalam penulisan skripsi ini. 2. Bapak Ir. B. Kristyanto, M.Eng, Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri, Universitas Atma Jaya Yogyakarta. 3. Bapak The Jin Ai, D.Eng. selaku Ketua Program Studi Teknik Industri, Universitas Atma Jaya Yogyakarta. 4. Romo Agus T. Sriyono selaku direktur ATMI, Bapak Kristian Ismartaya selaku Kepala Bagian WAP, beserta berbagai pihak yang telah membantu kelancaran pembuatan skripsi ini. 5. Bapak Baju Bawono, ST., MT. selaku dosen pembimbing I, yang telah meluangkan waktu dan pikiran untuk membimbing dan memberi masukan untuk menyelesaikan skripsi. 6. Segenap dosen Program Studi Teknik Industri Universitas Atma Jaya Yogyakarta yang sudah memberikan ilmu, bimbingan, dan masukanmasukan yang berguna sehingga penulis dapat memperoleh cukup ilmu dan pengalaman sampai saat ini. 7. Kedua orang tua, kakak perempuan, kekasih, dan teman - teman yang selalu memberikan semangat dalam menyelesaikan tugas akhir. Penulis menerima saran dan kritik yang membangun dari rekan-rekan pembaca. Akhir kata, semoga penelitian ini dapat bermanfaat bagi semua. Yogyakarta, 3 Desember 2013 Penulis v

DAFTAR ISI BAB JUDUL HAL Halaman Judul i Halaman Pengesahan ii Pernyataan Originalitas iii Halaman Persembahan iv Kata Pengantar v Daftar Isi vi Daftar Tabel ix Daftar Gambar xii Intisari xiv 1 Pendahuluan 1.1. Latar Belakang 1 1.2. Rumusan Masalah 3 1.3. Tujuan Penelitian 3 1.4. Batasan Masalah 3 2 Tinjauan Pustaka dan Dasar Teori 2.1. Tinjauan Pustaka Penelitian Terdahulu 5 2.2. Perbedaan Penelitian Saat Ini Dengan Penelitian Terdahulu 9 2.3. Rancangan Penelitian 10 2.4. Prosedur-Prosedur Metode Campuran 15 2.5. Model-Model Visual Metode Campuran 16 2.6. Kuesioner 23 2.7. Sifat-Sifat Penting Dari Logam 25 2.8. Heat Treatment 26 2.9. Proses-Proses Heat Treatment 27 2.10. Hardening 28 2.11. Tempering 28 2.12. Annealing 28 2.13. Stress Relieving 29 2.14. Metode Uji Kekerasan Logam 30 vi

2.15. Kemungkinan-Kemungkinan Cacat, Penyebab, dan Solusi Dalam Hardening 32 2.16. Pengertian Baja 37 2.17. Menentukan Titik Ubah atau Titik Henti 40 2.18. Diagram Besi Karbon 45 2.19. Temperatur Pengerasan 45 2.20. Perubahan Susunan 46 2.21. Diagram Waktu Temperatur Perubahan 49 2.22. Pengelompokan Baja 51 2.23. Fasa-Fasa Pada Besi 53 3 Metodologi Penelitian 3.1. Langkah-Langkah Sistematis 55 3.2. Latar Belakang Pemilihan Metode Campuran 60 3.3. Kelayakan Sumber Daya 62 3.4. Cara Pengumpulan dan Analisis Data 63 3.5. Tahapan Penelitian dan Jadwal Pengerjaan 64 4 PROFIL PERUSAHAAN DAN DATA 4.1. Profil Perusahaan 65 4.2. Bahan Baku 65 4.3. Data Produk 66 4.4. Data Mesin Produksi 66 4.5. Data Proses Produksi 66 4.6. Data Kendala 67 5 ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 5.1. Perhitungan Kuesioner Dengan Responden Expert 68 5.2. Perhitungan Kuesioner Dengan Responden Beginner 72 5.3. Perbandingan Kuesioner Expert dan Kuesioner Beginner 76 5.4. Pengaruh Unsur Karbon dan Unsur Campuran yang Dimiliki Material S45C 78 5.5. Pengujian Kekerasan Awal Material S45C 79 5.6. Struktur Mikro Awal Material S45C 82 vii

5.7. Parameter-Parameter yang Digunakan Dalam Proses Hardening Menurut BOHLER 82 5.8. Parameter-Parameter yang Digunakan Dalam Proses Hardening Menurut ATMI 82 5.9. Permasalahan yang Dialami Politeknik ATMI Surakarta 83 5.10. Penggunaan Material S45C Dalam Bidang Industri 83 5.11. Rekapan Data Pengerjaan S45C di Politeknik ATMI 83 5.12. Parameter Variabel Percobaan Kekerasan Material S45C 88 5.13. Data Percobaan dengan Alternatif 1 91 5.14. Data Percobaan dengan Alternatif 2 93 5.15. Data Percobaan dengan Alternatif 3 95 5.16. Data Percobaan dengan Alternatif 4 97 5.17. Data Percobaan dengan Alternatif 5 99 5.18. Data Percobaan dengan Alternatif 6 101 5.19. Analisis Data Hasil Percobaan Alternatif 1, 2, 3, 4, 5, dan 6 102 5.20. Data Percobaan dengan Alternatif 7 104 5.21. Analisis Data Hasil Percobaan Alternatif 3 dan Alternatif 7 106 5.22. Data Percobaan dengan Alternatif 8 106 5.23. Analisis Data Hasil Percobaan Alternatif 3 dan Alternatif 8 108 5.24. Analisis Data Hasil Percobaan Alternatif 3 dan Hasil yang Telah Dicapai ATMI 1 Tahun Terakhir 109 5.25. Kendala Pembuatan Alternatif 109 5.26. Struktur Mikro Material S45C Setelah Hardening 109 5.27. Analisis Perbedaan Hasil Kekerasan Rata-Rata Material S45C di Politeknik ATMI Surakarta dan di Laboratorium Material Teknik 110 6 Kesimpulan 112 Daftar Pustaka 114 viii

DAFTAR TABEL JUDUL HAL Tabel 2.1. Perbedaan Penelitian Saat Ini dengan Penelitian Terdahulu 9 Tabel 2.2. Jenis-Jenis Pandangan Dunia 11 Tabel 2.3. Strategi-Strategi Penelitian 11 Tabel 2.4. Ciri-Ciri Metode Kuantitatif, Metode Campuran, dan Metode Kualitatif 15 Tabel 2.5. Ketentuan Skala Indentor dan Aplikasinya 32 Tabel 2.6. Pengertian, Notasi, dan Satuan Besaran 32 Tabel 2.7. Kemungkinan-Kemungkinan Cacat, Penyebab, dan Solusi Dalam Hardening menurut Suroto dan Sudibyo (1983) 33 Tabel 2.8. Kemungkinan-Kemungkinan Cacat, Penyebab, dan Solusi Dalam Hardening menurut Rajan (1994) 34 Tabel 3.1. Tahapan Penelitian dan Jadwal Pengerjaan 64 Tabel 5.1. Perhitungan Bobot Nilai Kuesioner Dengan Responden Expert 68 Tabel 5.2. Jarak Interval dan Kategori Responden Expert 69 Tabel 5.3. Perhitungan Bobot Nilai Kuesioner Dengan Responden Beginner 72 Tabel 5.4. Jarak Interval dan Kategori Responden Beginner 73 Tabel 5.5. Perbandingan Kuesioner Expert dan Kuesioner Beginner 76 Tabel 5.6. Data Uji Rockwell-C Material S45C Sebelum Dipanaskan 80 Tabel 5.7. Parameter Hardening BOHLER 82 Tabel 5.8. Parameter Hardening Politeknik ATMI Surakarta 82 Tabel 5.9. Pengelompokan Media Quenching Water-Oil dan Temper 200 0 C 84 Tabel 5.10. Data Kekerasan Material S45C Di Politeknik ATMI Media Quenching Water-Oil 84 Tabel 5.11. Pengelompokan Media Quenching Oil dan Temper 200 0 C 85 Tabel 5.12. Data Kekerasan Material S45C Di Politeknik ATMI Media Quenching Oil 87 Tabel 5.13. Ketentuan Holding Time Menurut Associated Swedish Steels AB 88 ix

Tabel 5.14. Data Hasil Pengecekan Kekerasan Alternatif 1 di Politeknik ATMI Surakarta 92 Tabel 5.15. Data Hasil Pengecekan Kekerasan Alternatif 1 di Laboratorium Material Teknik Atma Jaya 92 Tabel 5.16. Data Hasil Pengecekan Kekerasan Alternatif 2 di Politeknik ATMI Surakarta 94 Tabel 5.17. Data Hasil Pengecekan Kekerasan Alternatif 2 di Laboratorium Material Teknik Atma Jaya 94 Tabel 5.18. Data Hasil Pengecekan Kekerasan Alternatif 3 di Politeknik ATMI Surakarta 96 Tabel 5.19. Data Hasil Pengecekan Kekerasan Alternatif 3 di Laboratorium Material Teknik Atma Jaya 96 Tabel 5.20. Data Hasil Pengecekan Kekerasan Alternatif 4 di Politeknik ATMI Surakarta 97 Tabel 5.21. Data Hasil Pengecekan Kekerasan Alternatif 4 di Laboratorium Material Teknik Atma Jaya 98 Tabel 5.22. Data Hasil Pengecekan Kekerasan Alternatif 5 di Politeknik ATMI Surakarta 99 Tabel 5.23. Data Hasil Pengecekan Kekerasan Alternatif 5 di Laboratorium Material Teknik Atma Jaya 100 Tabel 5.24. Data Hasil Pengecekan Kekerasan Alternatif 6 di Politeknik ATMI Surakarta 101 Tabel 5.25. Data Hasil Pengecekan Kekerasan Alternatif 6 di Laboratorium Material Teknik Atma Jaya 102 Tabel 5.26. Hasil Kekerasan Percobaan Alternatif 1, 2, 3, 4, 5, dan 6 di Pengujian ATMI 102 Tabel 5.27. Hasil Kekerasan Percobaan 1, 2, 3, 4, 5, dan 6 103 Tabel 5.28. Data Hasil Pengecekan Kekerasan Alternatif 7 di Politeknik ATMI Surakarta 105 Tabel 5.29. Data Hasil Pengecekan Kekerasan Alternatif 7 di Laboratorium Material Teknik Atma Jaya 105 Tabel 5.30. Data Hasil Pengecekan Kekerasan Alternatif 8 di Politeknik ATMI Surakarta 107 Tabel 5.31. Data Hasil Pengecekan Kekerasan Alternatif 8 di Laboratorium Material Teknik Atma Jaya 108 x

Tabel 5.32. Analisis Data Hasil Alternatif 3 dan 8 108 Tabel 5.33. Perbandingan Hasil Pengecekan Kekerasan Rata-Rata di Politeknik ATMI Surakarta dan di Laboratorium Material Teknik Atma Jaya 110 xi

DAFTAR GAMBAR JUDUL HAL Gambar 2.1. Eksplanatoris Sekuensial 18 Gambar 2.2. Eksploratoris Sekuensial 19 Gambar 2.3. Strategi Transformatif Sekuensial 20 Gambar 2.4. Strategi Triangulasi Konkuren 21 Gambar 2.5. Strategi Embedded Konkuren 22 Gambar 2.6. Strategi Transformatif Konkuren 22 Gambar 2.7. Metallographi Baja Dengan Bermacam-Macam Kadar Karbon 38 Gambar 2.8. Susunan Besi Alpha Ferrit 39 Gambar 2.9. Susunan Besi Gamma Austenit 39 Gambar 2.10. Grafik Titik Ubah atau Titik Henti 40 Gambar 2.11. Grafik Titik Ubah atau Titik Henti Kadar Karbon 0,2% 41 Gambar 2.12. Grafik Titik Ubah atau Titik Henti Kadar Karbon 0,4% 41 Gambar 2.13. Grafik Titik Ubah atau Titik Henti Kadar Karbon 0,6% 42 Gambar 2.14. Grafik Titik Ubah atau Titik Henti Kadar Karbon 0,9% 42 Gambar 2.15. Grafik Titik Ubah atau Titik Henti Kadar Karbon 1,2% 43 Gambar 2.16. Grafik Titik Ubah atau Titik Henti Kadar Karbon 1,4% 43 Gambar 2.17. Fe-C-Diagram Dari Percobaan 1 sampai 6 44 Gambar 2.18. Fase Perubahan pada Fe-C-Diagram 46 Gambar 2.19. Susunan Austenit, Martensit, dan Perlit 48 Gambar 2.20. Susunan Gabungan Austenit dan Martensit 49 Gambar 2.21. TTT-Diagram Isothermik 50 Gambar 2.22. TTT-Diagram Kontinyu 51 Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian 58 Gambar 5.1. Grafik Persentase Nilai Kuesioner Dengan Responden Expert 69 Gambar 5.2. Grafik Persentase Nilai Kuesioner Dengan Responden Beginner 73 Gambar 5.3. Grafik Perbandingan Kuesioner Expert dan Kuesioner Beginner 78 Gambar 5.4. Pembebanan Besi Dengan Indentor Intan 81 xii

Gambar 5.5. Grafik TTT-Diagram dan Laju Pendinginan Pada Baja Karbon Bukan Paduan Dengan Kadar Karbon 0,83% 90 Gambar 5.6. Grafik TTT-Diagram dan Laju Pendinginan Pada Baja Karbon Bukan Paduan Dengan Kadar Karbon 0,7% 90 xiii

INTISARI Permasalahan yang terjadi di Politeknik ATMI Surakarta adalah kekerasan material S45C tidak sesuai (lebih rendah) dengan data standar kekerasan yang dikeluarkan oleh vendor, karena itu perlu dilakukan perbaikan metode untuk mengatasi permasalahan tersebut. Lokasi penelitian dilakukan di Bengkel WAP bagian Heat Treatment Politeknik ATMI Surakarta dan Laboratorium Material Teknik Fakultas Teknologi Industri Universitas Atma Jaya Yogyakarta. Metode yang digunakan untuk merancang alternatif perbaikan proses hardening S45C adalah Metode Campuran Eksploratoris Sekuensial Pragmatik. Metode ini digunakan karena pada penelitian ini penulis mengambil data kualitatif melalui diskusi, wawancara, literatur jurnal, observasi lapangan, dokumentasi, dan hasil brainstorming. Pengambilan data kuantitatif didapatkan dari interpretasi hasil kuesioner dan hasil percobaan yang diperoleh. Hubungan penggunaan data kualitatif dengan data kuantitatif ini disebabkan survei terhadap pengalaman pekerja dan penilaian dari konsumen dapat dilakukan dengan lebih baik hanya jika eksplorasi terhadap cara proses hardening oleh pekerja dan konsumen terlebih dahulu diterapkan. Hasil penelitian ini adalah usulan perbaikan metode proses hardening material S45C dengan cara mengubah media quenching menjadi water kemudian oil dengan hasil kekerasan rata-rata 54 HRC dan kenaikan 28,07% dari metode yang diterapkan sebelumnya. Kata Kunci : Material S45C, Heat Treatment, Metode Campuran, Hardening. xiv